电容感应式冰厚监测系统在南极海冰监测中的应用

为了实现对南极的实时自动化监测,设计并研制了电容式冰厚监测系统,系统于2012年3月至8月对南极中山站附近的近岸海冰进行了连续6个月的厚度自动化监测,通过对监测数据的对比分析,得到了监测系统的准确度与相对偏差.结果证明系统用于高精度定点监测海冰厚度是可行的,并对系统监测南极海冰的不足与今后改进研究的内容进行了讨论.     

基于IMB的南极近岸海冰物质平衡过程研究

介绍了目前对南极海冰厚度的多种检测手段,提出了基于电容感应技术利用浮标作为载体的新式检测方法的设计方案.相应位置电极所测得的电容值与所测海冰厚度所对应,利用温度数据作辅助判断,通过分析多点电容值变化判断海冰变化情况,实现了海冰厚度的实时监测.     

南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究

系统实现对南极中山站周边冰、水环境的长期连续实时监测,可以为分析南极环境变化是否对全球气候异常变化造成影响提供最基本的科学数据.利用空气,冰与水介质的电导率不同的原理用微控制器控制冰情检测传感器来实现冰水环境的自动化监测,设计了可以实现冰厚度、水深度、温度的定点连续冰情监测系统,监测数据可以存储在系统内嵌的SD存储卡中,方便观测人员进行调用.通过卫星实现数据无线传输.     

辽河口附近海冰单轴压缩强度的试验与统计特征

为研究影响海冰单轴压缩强度的因素,在渤海辽河口附近海域采集冰坯,加工成方柱状冰样.在试验温度分别为-3℃,-5℃,-7℃,-10℃和-15℃下,对225个冰样沿平行和垂直自然冰表面方向进行加载.研究试样温度,加载方向,应变速率和孔隙率对海冰单轴压缩强度的影响.试验结果表明:海冰单轴强度随试样温度的降低而增加;垂直方向冰样的峰值强度高于水平方向,海冰表现为各向异性.利用试验结果建立了韧性区内海冰单轴压缩强度与应变速率和孔隙率的统计关系.     

估计海冰厚度函数的一种辨识方法

提出一种采用海冰和海水温度观测数据来估计海冰厚度的辨识方法, 避免了因使用厚度数据所带来的种种局限性. 首先建立一个拟线性海冰-海水热力学系统, 得到了系统解的存在唯一性; 然后以该系统中描述海冰厚度函数的参数为辨识量, 以系统输出的温度和实际观测温度的偏差为目标泛函, 建立了以目标泛函为最小的参数辨识模型; 最后构造了以半隐式差分格式、遗传算法和Hooke-Jeeves算法相结合的数值算法, 得到了海冰厚度函数, 并对辨识量做了敏感性分析. 结果表明: 这种方法是有效可行的.     

一类海冰-海水耦合热力学系统参数辨识问题的最优性

针对一维的海冰-海水耦合热力学系统,以该系统中的物理参数为辨识量,以温度偏差为目标函数,建立了一个参数辨识模型,并证明了该问题最优解的存在性,从而为这类海冰-海水耦合热力学系统参数辨识问题的数值计算提供数学理论依据.     

电阻电路分析方法在冰水情自动监测中的应用

电阻元件特性和包含电阻元件的电路分析是电路理论中最基本的分析内容和电路分析方法之一.根据冰水情工程检测中的客观环境条件,利用空气、冰与水的等效电阻随温度变化所具有的数值差异这一特点,将电路理论中电阻电路分析方法应用于冰水情工程检测中,提出了将检测环境分层处理的思路,应用线性电路理论中电阻分压的原理,通过对各分层介质等效电阻的检测、计算,反推出被检测介质的物理形态,进而实现对冰层内部物理状态、冰层厚度与冰下水位连续监测的目的.基于这一新的检测原理,作者研制成功新型R-T(电阻-温度梯度)冰水情自动检测传感器及其检测系统,并在南极海冰观测、黄河中上游河道冰水情定点连续监测、高寒地区河道与水电大坝冰情预警与水文信息自动测报等多个重大工程领域获得应用,为解决南极科学考察、黄河冰凌灾害预报、高寒地区河道、水电大坝、湖泊等领域冰情自动监测难题提供了一种新的检测方法与实现途径.     

海冰弯曲破坏下的破坏准则数值模拟方法研究

海冰的弯曲破坏进程的研究已经称为冰工程界的一项重要课题.通过理论分析结合数值计算对海冰弯曲破坏数值模拟方法进行探索:探讨适合于海冰弯曲应力状态下的本构模型和破坏准则;在LS-DYNA中模拟圆环形冰排弯曲破坏和冰排与锥体结构相互作用的进程,提出了一种对海冰破坏准则验证的技术思路;通过所提出的技术思路对基于三轴压缩试验的Derradji破坏准则进行了修正,使其能够适用于海冰的弯曲破坏.     

辽东湾某平台冰堆积成因及安全问题分析

辽东湾某平台位于辽东湾海域,该海域每年冬季都会形成大量的海冰,海冰给平台的作业生产及船舶运输带来严重安全威胁.由于辽东湾某平台结构特殊,海冰不仅使平台发生较强的冰激振动,同时海冰也在平台底部形成堆积,给平台冬季的安全运行带来一定的安全隐患.基于多年冬季现场监测,针对平台底部冰堆成因及冰阻塞对平台安全影响进行分析,并给出应对措施及建议.     

海洋工程海冰灾害风险排查技术的初步探讨

开展海洋工程的海冰灾害风险排查工作可以综合评估海洋工程的海冰灾害风险隐患和防御能力.通过对海冰灾害历史案例和风险模式分析,确定了环境条件改变、设计标准不完备、结构抵御能力降低、冰期管理行为不完善等四类海冰灾害的致险原因;初步确定了针对海洋工程设计阶段、运行阶段、应急阶段、灾后防控阶段的风险排查内容;最终给出了风险排查的技术流程.     

Fracture Mechanical Analysis of Cracks in Ice Shelves using the Finite Element Method and Configurational Forces

Ice shelves are important elements of the climate system and sensitive to climate changes. The disintegration of large Antarctic ice shelves is the focus of this fracture mechanical analysis. Ice is a complex material which, depending on the context, can be seen as a viscous fluid or as an elastic solid. A fracture event usually occurs on a rather short time scale, thus the elastic response is important and linear elastic fracture mechanics can be used. The investigation of the stress intensity factor as a measure of crack tip loading is based on a 2-dimensional analysis of a single crack with a mode-I type load and additional body loads. This investigation is performed using configurational forces. Depth dependent density and temperature profiles are considered. The relevant parameters are obtained by literature, remote sensing data analysis and modeling of the ice dynamics. The criticality of wet surface cracks is investigated. (© 2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统设计

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬件与软件的设计思路,利用系统可以实现黄河河道局部区域内多点冰情远程无人连续自动监测.     

基于GPRS的黄河冰凌图像远程测报系统设计

基于当前成熟的移动网络覆盖技术,设计了一种新型的冰凌图像远程测报系统.系统利用监控类摄像头获取河道现场冰凌图像,通过移动GPRS网络实时传送到监控中心,实现对黄河冰凌的实时远程监测预报.通过特定的图像处理方法与软件,冰凌图像测报系统不仅可以在线实时浏览黄河河道现场的实时图像,还能获得被监测河道河面的瞬时冰凌分布密度和流速等重要参数,从而为凌汛预警和防凌决策部门提供第一手河道现场资料.     

Discussion of Different Model Approaches for the Flow Behavior of Ice

Ice of Antarctic ice shelves is assumed to behave on long-term as an incompressible viscous fluid, which is dominated on short time scales by the elastic response. Hence, a viscoelastic material model is required. The thermodynamic pressure is treated differently in elastic and viscous models. For small deformations, the elastic isometric stress for ν → 0.5 gives similar results to those solving for pressure in an incompressible laminar flow model. A viscous model, in which the thermodynamic pressure is approximated by an elastic isometric stress, can be easily extended to viscoelasticity. (© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

“最小二乘法变点冰水情数据处理算法”的研究与应用

将非线性统计学中的变点分析方法应用于基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰水情自动检测过程的现场数据处理中,提出了利用被测物质物理参数的动态变点替代经验阈值来确定空气、冰与水界面位置的"最小二乘法变点冰水情数据处理算法",较好地解决了原始采样数据中奇异值引起误判的工程难题,提高了冰情数据分析的准确度.利用该算法对黄河河道现场冰水情采集数据进行分析,得到了较准确的结果,实现了对冰层生消全过程的自动监测.     

同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用

同面多极电容感应式冰层厚度传感器是基于空气、冰与水不同的介电特性,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,从而实现对冰层厚度与水位高度自动检测的一种新型冰情检测传感器.主要融合了单片机技术和电子信息采集,处理,转换技术.利用Maxwell软件对其机理进行仿真,对实验数据进行分析,论证了同面多电极电容感应式冰厚传感器的测量原理;通过分析该传感器在黄河内蒙段的现场检测数据,证明该传感器具有准确度高、误差小、稳定等优点,并能在低温、辐射和强烈振动等恶劣环境下工作,非常适合野外环境中使用.     

基于PS021的电容式冰层厚度检测系统的设计

根据空气、冰和水的电容特性差异,本文设计了一种新型的电容式冰层厚度检测系统.该检测系统应用了德国acam公司的电容数字转换器PS021,可以把电容式传感器采集到的电容信号转换成数字信号输出.黄河的现场实验数据分析结果表明,系统结构简单,可靠性高,可以应用于冬季河道冰层厚度及冰下水位的定点、连续自动测量.